随着新能源发电技术的逐渐发展成熟,风力发电系统在现代电力系统中占据了相当的比例。然而,风能属于典型的间歇性能源,风的产生存在一定的随机性。所以,风力发电系统的可控性一般弱于传统的发电系统,这就严重影响了电力系统的安全运行。风力发电系统的大规模应用面临着严峻考验。储能技术的发展为解决风机的这些问题提供了可能性。在风力发电系统中增加储能设备,可以根据现实情况的需要,控制储能系统与风机进行有效的能量交换,这将有助于风电系统的可控性和安全性。在电力系统中添加储能设备,也是未来智能电网建设的一项基本要求。飞轮储能技术凭借其诸多优势,在增强风电场发电系统运行可靠性和效率方面可以发挥至关重要的作用。本文提出了一种应用于永磁直驱式同步风力发电机的风场级飞轮储能系统的协调控制策略。首先,对于飞轮储能单元的控制,本文设计了相应的充放电控制策略,并在转速-电流双闭环控制的基础上,提出了一种改进的神经元自适应PID控制器,将其用于控制飞轮电机的运行,进而实现飞轮储能单元的充放电。然后根据经典的李亚普诺夫稳定性理论,提出了对该算法的稳定性的证明方法,并通过数字仿真验证了算法的有效性和可行性。其次,与一般的飞轮储能研究不同,在本文的研究中,除了为风电场中的每台风机配备一台飞轮储能单元之外,还设计了一个飞轮储能矩阵系统(flywheel energy storage matrix system,FESMS),并联在风电场的并网出口端。对于飞轮储能矩阵,本文提出了它的电网拓扑结构设计方案,并按照主从控制的模式,设计了储能矩阵与风电场之间的充放电控制策略和安全控制策略。在飞轮储能系统的配合下,风速波动较大的时段,风电场依然可以向电网输送相对平缓的有功功率。最后,通过分析永磁直驱式风电系统遭遇低电压故障时面临的问题,设计了电网故障状态飞轮储能系统的充放电策略,在不影响风能利用效率、避免能量浪费的基础上,提高了永磁直驱式风机的低电压穿越能力。本文的研究成果为飞轮储能技术的发展提供了参考,为风电场与飞轮储能系统的应用指出了方向和思路。